Question

17．用含少量铁的氧化物的氧化铜制取氯化铜晶体（CuCl₂•xH₂O）．有如下操作：

已知：在pH为4～5时，Fe³⁺几乎完全水解而沉淀，而此时Cu²⁺却几乎不水解．
（1）能检验溶液A中Fe³⁺的试剂为①（填编号，下同）能检验溶液A中Fe²⁺的试剂
为⑤
①KSCN   ②KSCN+Cl₂   ③NaOH  ④（NH₄）₂S   ⑤KMnO₄
（2）欲测定溶液A中的Fe²⁺的浓度，实验前，首先要配制一定物质的量浓度的KMnO₄溶液250mL，配制时需要的仪器除天平、玻璃棒、烧杯、药匙、250mL容量瓶外，还需胶头滴管，下列滴定方式中（夹持部分略去），最合理的是a（填序号）

写出滴定反应的离子方程式5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
（3）若B溶液为25℃且pH=3，则B溶液的c（Fe³⁺）=4.0×10^-5mol•L^-1（已知25℃，Ksp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38）．要得到较纯的产品，在B中加入试剂可选用CuO或Cu（OH）₂ 或CuCO₃（填物质的化学式）．
（4）为了测定制得的氯化铜晶体（CuCl₂•xH₂O）中x的值，某兴趣小组设计了如下实验方案：称取mg晶体溶于水，加入足量氢氧化钠溶液、过滤、沉淀洗涤后用小火加热至质量不再减轻为止，冷却，称量所得固体的质量为ng．据此计算得x=$\frac{80m-135n}{18n}$（用含m、n的代数式表示）．

Answer 1

分析 向含少量铁的氧化铜固体中加入盐酸，盐酸和铁、氧化铜反应，发生的离子反应方程式为：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑；CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O，加入氧化剂A的目的是把亚铁离子氧化，根据除杂原则，不能引入新的杂质；试剂B应为调节溶液pH值，使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃，除去Fe³⁺，过滤除去沉淀，对滤液进行蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到氯化铜晶体．（1）溶液A中含有铜离子、亚铁离子，铁离子具有氧化性，与KSCN混合溶液变血红色，与氢氧根离子结合生成红褐色沉淀，与高锰酸钾溶液不反应；亚铁离子具有还原性，能被高锰酸钾氧化为三价铁，使高锰酸钾褪色；
（2）根据配制一定物质的量浓度的KMnO₄溶液所需仪器和高锰酸钾的性质来分析；滴定反应：Mn元素的化合价由+7价降低为+2价，Fe元素的化合价由+2价升高为+3价，由电子守恒、电荷守恒、原子守恒解答；
（3）pH=3，根据水的电离平衡常数计算氢氧根离子浓度，Fe（OH）₃存在平衡：Fe（OH）₃（s）?Fe³⁺（aq）+3OH^-（aq），根据Fe（OH）₃的溶度积常数计算铁离子浓度，在制取过程中，不能引进杂质离子，据此来选择合适的试剂；
（4）CuCl₂•xH₂O中x的值的确定依据是加热前后的质量差即为减少的水的质量，据此来确定x．

解答 解：（1）溶液A中含有铜离子、亚铁离子，铁离子与KSCN混合溶液变红色，铁离子与氢氧根离子结合生成红褐色沉淀，但铜离子与氢氧根离子结合生成蓝色絮状沉淀干扰铁离子检验，铁离子与高锰酸钾溶液不反应，用KSCN无需用氯气，所以选择用KSCN是检验Fe³⁺最佳试剂，亚铁离子具有还原性，能被高锰酸钾氧化为三价铁，使高锰酸钾褪色，是检验溶液A中Fe²⁺的最佳试剂，
故答案为：①；⑤；
（2）配制一定物质的量浓度的KMnO₄溶液需要的仪器有：天平、玻璃棒、烧杯、胶头滴管、250mL容量瓶，高锰酸钾具有强氧化性，必须放在酸式滴定管中，所以最合理的是a，滴定反应：Mn元素的化合价由+7价降低为+2价，Fe元素的化合价由+2价升高为+3价，由电子守恒、电荷守恒、原子守恒可知，离子反应为5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，
故答案为：胶头滴管；a；5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O；
（3）若B溶液为25℃且pH=3，氢离子c（H⁺）=0.001mol/L，氢氧根离子c（OH^-）=10^-11mol/L，Fe（OH）₃?Fe³⁺+3OH^-，25℃，Ksp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，c（Fe³⁺）=$\frac{4.0×1{0}^{-38}}{（1{0}^{-11}）^{3}}$=4.0×10^-5mol•L^-1，得到较纯的产品，需要调节pH使铁离子转化为沉淀，且不能引进杂质离子，选择的试剂可以是CuO、Cu（OH）₂或Cu₂（OH）₂CO₃，
故答案为：4.0×10^-5；CuO或Cu（OH）₂ 或CuCO₃；
（4）CuCl₂•xH₂O中x的值的确定依据是加热前后的质量差即为减少的水的质量，根据Cu元素守恒，则
CuCl₂•xH₂O～Cu（OH）₂～CuO，
1                      1
$\frac{m}{135+18x}$              $\frac{n}{80}$                     $\frac{m}{135+18x}$=$\frac{n}{80}$   解得：x=$\frac{80m-135n}{18n}$，
故答案为：$\frac{80m-135n}{18n}$．

点评 本题考查了物质的制备方案设计，侧重于考查学生的阅读获取信息能力、对工艺流程理解与实验条件控制、实验方案的评价、物质分离提纯除杂等实验操作能力，题目难度中等，要求学生要有扎实的实验基础知识和灵活应用信息解决问题的能力，注意基础知识的全面掌握．